微小裂缝，全球影响：MIT研究人员揭示微观冰层缺陷如何塑造冰川

微小裂缝，全球影响：MIT研究人员揭示微观冰层缺陷如何塑造冰川 一条冰川流入格陵兰岛西南海岸的峡湾。麻省理工学院的一项新研究介绍了一种基于微观冰缺陷绘制冰川流动图的模型，通过详细描述冰川对压力敏感性的区域变化，提供了冰川动力学的细微视角，并改进了海平面上升的预测。资料来源：Meghana Ranganathan冰川流动与海平面上升随着冰川和冰盖的融化和入海，全球水位正以前所未有的速度上升。科学家需要更好地了解冰川融化的速度以及影响冰川流动的因素，以便预测未来海平面上升的情况并做好准备。现在，麻省理工学院科学家的一项研究根据冰的微观变形，为冰川流动提供了新的图景。研究结果表明，冰川的流动在很大程度上取决于微观缺陷如何在冰层中移动。研究人员发现，他们可以根据冰川是否容易出现某种微观缺陷来估计冰川的流动情况。他们利用这种微观和宏观变形之间的关系，建立了冰川流动的新模型。利用这个新模型，他们绘制了南极冰原上各个地点的冰流图。穿过南极洲罗斯冰架附近山谷的冰流。图片来源：Meghana Ranganathan挑战冰流的传统观点他们发现，与传统观点相反，冰原并不是一个整体，相反，它在应对气候变暖压力时的流动地点和方式更加多样。研究人员在论文中写道，这项研究"极大地改变了海洋冰原可能变得不稳定并导致海平面快速上升的气候条件"。Meghana Ranganathan 博士说："这项研究真正展示了微观过程对宏观行为的影响。这些机制发生在水分子的尺度上，最终会影响南极西部冰盖的稳定性"。她是麻省理工学院地球、大气和行星科学系（EAPS）的研究生，现在是佐治亚理工学院的博士后。共同作者、EAPS 副教授 Brent Minchew 补充说："广义上讲，冰川正在加速，围绕这一点有很多变数。这是第一项从实验室到冰原的研究，开始评估自然环境中冰的稳定性。这最终将有助于我们了解灾难性海平面上升的概率。"Ranganathan 和 Minchew 的研究最近发表在《美国国家科学院院刊》上。冰川运动与海平面影响冰川流动是指冰从冰川的顶峰或冰原的中心向下移动到边缘，然后冰在边缘断裂并融化到海洋中的过程这个过程通常很缓慢，但随着时间的推移，会导致世界平均海平面上升。近年来，在全球变暖以及冰川和冰原加速融化的推动下，海洋以前所未有的速度上升。众所周知，极地冰川的消失是导致海平面上升的主要原因，但这也是预测时最大的不确定因素。"部分原因是规模问题，"Ranganathan 解释说。"很多导致冰流动的基本机制都发生在我们无法看到的非常小的尺度上。我们想准确地确定这些支配冰流的微物理过程是什么，而海平面变化模型中还没有体现出这些微物理过程。"明尼苏达大学的地质学家在 2000 年代初进行了实验，研究了小块冰在受到物理压力和压缩时如何变形。他们的研究揭示了冰流动的两种微观机制：一种是"位错蠕变"，即分子大小的裂缝在冰中移动；另一种是"晶界滑动"，即单个冰晶相互滑动，导致它们之间的边界在冰中移动。地质学家发现，冰对应力的敏感性，或者说冰流动的可能性，取决于两种机制中哪一种占主导地位。具体来说，当微观缺陷是通过位错蠕变而不是晶界滑动产生时，冰对应力更敏感。兰加纳坦和明切意识到，这些微观层面的发现可以重新定义冰川尺度更大的冰流方式。他们解释说："目前的海平面上升模型假定冰对压力的敏感性只有一个值，并且在整个冰原上保持这个值不变。"这些实验表明，实际上，由于这些机制中的哪一种在起作用，冰的敏感性存在着相当大的变异性"。预测冰川流动的新模型在新的研究中，麻省理工学院的研究小组从之前的实验中汲取灵感，建立了一个模型来估算冰区对应力的敏感度，这直接关系到冰流动的可能性。该模型吸收了环境温度、冰晶平均大小和该区域冰的估计质量等信息，并计算出冰通过位错蠕变和晶界滑动发生变形的程度。根据这两种机制中哪一种占主导地位，模型就能估算出该区域对应力的敏感性。科学家们将从南极冰原上不同地点观测到的实际数据输入到模型中，其他科学家之前在这些地点记录了当地的冰层高度、冰晶大小和环境温度等数据。根据模型的估计，研究小组绘制了南极冰原上冰对压力的敏感性地图。当他们将该地图与卫星和实地对冰原的长期测量结果进行比较时，发现两者非常吻合，这表明该模型可用于准确预测冰川和冰原在未来的流动情况。"随着气候变化使冰川开始变薄，这可能会影响冰对压力的敏感性，"Ranganathan 说。"我们预计南极洲的不稳定性可能会非常不同，我们现在可以利用这个模型捕捉这些差异。"编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

为避免海平面上升研究人员提议在南极冰川周围建造屏障

为避免海平面上升研究人员提议在南极冰川周围建造屏障 地球海平面在快速上升，对世界各地的沿海地区构成了严重威胁。为了减缓海平面上升，有研究人员提议利用地球工程方法在冰川周围建造屏障，或者深度钻探减缓滑落到海洋的速度。冰川地球工程的支持者认为应该从源头去遏制海平面上升，而不是花费数以万亿的美元在海滨城市周围建墙。研究人员的早期建议是使用塑料，但为了避免塑料污染而改用了帆布和剑麻等天然纤维。如此大规模的工程造价不菲，研究人员在 2023 年估计在南极冰川周围建造 80 公里长的屏障需要花费 880 亿美元。整个工程将需要庞大的破冰船队、大量的运输，巨大的供应链，需要大量人员去建造、维护和保护。它可能还有副作用如破坏洋流模式或危及野生动物。此外还需要几十年时间才能确定干预措施是否有效。美国国家冰雪数据中心冰川学家 Twila Moon 反对对此类的地球工程设想进行初步研究。 via Solidot

韩国研究人员发现液晶突破性的定向运动现象

韩国研究人员发现液晶突破性的定向运动现象 他们的研究结果表明，物体只需周期性地改变其在液晶介质中的尺寸，就能实现定向运动。这一创新性发现为众多研究领域带来了巨大的潜力，并有可能在未来开发出微型机器人。研究小组在研究中观察到，液晶中的气泡可以通过周期性地改变大小向一个方向移动，这与其他介质中气泡通常对称增长或收缩的现象截然不同。通过向液晶中引入与头发丝大小相当的气泡并操纵压力，研究人员得以展示这一非凡现象。左起：Sung-Jo Kim、Joonwoo Jeong 教授和 Eujin Um 研究教授。资料来源：UNIST这种现象的关键在于在气泡旁边的液晶结构中产生了相位缺陷。这些缺陷破坏了气泡的对称性，使气泡尽管形状对称，却受到单向力的作用。随着气泡大小的波动，推动和拉动周围的液晶，气泡被推向一个一致的方向，打破了传统的物理定律。该研究的第一作者 Sung-Jo Kim 说："这一突破性的观察结果展示了对称物体通过对称运动表现出定向运动的能力，这是以前从未见过的现象。"他进一步强调了这一原理对液晶以外的各种复杂流体的潜在适用性。分散在 NLC 中的脉动气泡。资料来源：联合国软件技术研究所Jeong 教授评论说："这一引人入胜的结果强调了时间和空间对称性破缺在驱动微观层面运动方面的重要意义。此外，它还为推进微观机器人的开发研究带来了希望"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

北极之夜与水母之光：从未被了解的隐秘生存盛宴

北极之夜与水母之光：从未被了解的隐秘生存盛宴 最近在北极地区进行的研究发现，曾经被认为在食物网中微不足道的水母，在斯瓦尔巴群岛孔斯峡湾的极夜中成为片脚类动物的主要食物来源，这表明生态系统因"大西洋化"而发生了重大变化。图片为栉水母或梳水母。现在，阿尔弗雷德-魏格纳研究所的研究人员利用DNA代谢编码技术首次证明，这些水母在极夜期间是斯瓦尔巴群岛片脚类动物的食物，因此在北极食物网中发挥的作用比以前设想的要大。他们最近在科学杂志《 海洋科学前沿》 （Frontiers in Marine Science）上发表了一篇文章，介绍了他们的发现 。阿尔弗雷德-魏格纳研究所的研究人员在极夜的一个月里采集了四种不同片脚类动物的样本。图片来源：阿尔弗雷德-魏格纳研究所/夏洛特-哈弗曼斯北极大陆化及其对海洋生物的影响近年来，来自大西洋的暖咸水越来越多地进入欧洲北极地区。挪威斯瓦尔巴群岛也受到这种"大西洋化"的影响：西海岸的康斯峡湾（Kongsfjorden）已转为大西洋水系；极夜（11 月至次年 2 月）的水温每十年上升约 2摄氏度。这些变化也导致了生物迁移，因为来自温暖水域的物种也随着温暖的大西洋水流入北极。阿尔弗雷德-魏格纳研究所、亥姆霍兹极地与海洋研究中心（AWI）ARJEL 初级研究小组负责人夏洛特-哈弗曼斯（Charlotte Havermans）说："一些水母物种尤其倾向于向极地扩散，进入北极地区。2022年，当我们在极夜的康斯峡湾（Kongsfjorden）时，我们非常惊讶地看到峡湾里充满了水母生命，由许多不同的物种和生命阶段组成，它们似乎是冬季最主要的浮游动物。"粉色头盔水母，一种水螅虫过去，水母被认为是海洋食物网中的营养死角，但最近的研究表明，水母是海洋无脊椎动物和鱼类的重要猎物。哈弗曼斯说："因此，我们想知道康斯峡湾的水母是否也是其他生物的食物，尤其是在极夜的黑暗季节，因为此时其他食物来源有限。"为了回答这个问题，研究小组的一名博士生 Annkathrin Dischereit 分析了各种片脚类动物的胃内容物。在一个月的时间里，他们利用带饵诱捕器和手抄网，定期在极夜采集四种不同片脚类动物（大洋蜚蠊、濑户蜚蠊、小鳞栉水母和沙氏无针乌贼）的样本。AWI 的研究人员利用 DNA 元胞编码来确定小型甲壳类动物的食物谱系。这种尖端方法可以检测胃中的短基因片段，然后与基因参考数据库进行比较，以确定片段所属的猎物物种。夏洛特-哈弗曼斯解释说："我们在片脚类动物的胃中发现了大量水母，从峡湾中最大的水母到微小的水螅。"利用 DNA 代谢编码技术，AWI 团队能够识别水母和其他生物的软体部分并将其分类，即使它们已经几乎被消化。"我们首次证明，片脚类食腐动物以水母的残骸为食。以前只有在实验环境中才能证明这一点"。研究的所有物种都以植物和动物物质为食。除水母外，甲壳类和大型藻类也是一些物种的重要食物成分，而极地鳕鱼等鱼类则是其他物种的重要食物。片脚类动物是以鱼卵、幼虫、腐肉还是鱼类排泄物为食，这一点还有待澄清。此外，水母是冬季的生存食物，还是这些生物一年四季的固定猎物，也有待确定。研究人员一直认为水母的营养价值很低，但这只针对少数几个物种进行过调查。对北极海洋生态系统的新认识这项研究为极夜期间的北极食物网提供了全新的见解，也是水母在这些食物网中发挥作用的第一个自然的、非实验性的证据。夏洛特-哈弗曼斯（Charlotte Havermans）总结道："康斯峡湾冬季繁荣多样的水母群落显然被用作食物来源。到目前为止，我们对水母在这一地区作为猎物的作用一无所知。例如，我们也不知道 Gammaridea 这个物种会以水母为食，在北极不会，在其他地方也不会。"现在的问题是，这是否只适用于食物供应有限的极夜。阿维研究所的 ARJEL 初级研究小组希望继续研究这个问题。因为"水母可能是气候变化的赢家之一，它将在全球变暖期间继续扩散。研究人员还预测，随着气温不断升高，水母在北极地区将变得更加常见。因此，它们在食物网中的作用可能会变得越来越重要。然而，到目前为止，我们对此的了解还很有限，尤其是在极地地区。"通过这项研究，我们揭示了北极食物网中至今不为人知的关键环节。这一点至关重要，因为我们需要了解水母是如何融入食物网并在瞬息万变的北极地区传播的。这也适用于邻近的大陆架海域，因为全球百分之十的渔业活动都在这些海域进行"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

世界纪录！皮划艇跃下 20 米冰川瀑布

世界纪录！皮划艇跃下 20 米冰川瀑布 加泰罗尼亚冒险家兼皮划艇运动员 Aniol Serrasolses 来到挪威斯瓦尔巴群岛，最终成功乘着皮艇从 20 米高的冰川瀑布跃下，征服了世界上最高的冰川瀑布，创下历史纪录。Serrasolses 和他的团队首先经历了 36 小时的海上航行，再徒步 11 公里穿越北极的冰天雪地，到达通往冰川的河流瀑布。在创纪录之后，Serrasolses 说：很难找到词语来解释这种感觉，这就像在另一个星球上划皮划艇一样。 From Guardian Sport via 开眼精选 (author: 开眼运动精选)

日本研究人员找到将塑料垃圾转化为化学宝藏的突破性新方法

日本研究人员找到将塑料垃圾转化为化学宝藏的突破性新方法 北海道大学的研究人员开发出了一种开创性的方法，通过利用塑料废弃物引发自由基链式反应来解毒有害化学物质，从而实现塑料废弃物的再利用。这种方法既提高了安全性和效率，又解决了塑料垃圾的环境问题，为可持续发展和具有经济吸引力的化学工艺铺平了道路。艺术想象图描绘了从塑料纤维中产生的被称为自由基的极高活性分子。图片来源：Koji Kubota 和 Hajime Ito北海道大学化学反应设计与发现研究所（WPI-ICReDD）的研究人员领导的研究小组开发出一种方法，利用普通塑料材料而不是潜在的爆炸性化合物来引发自由基链式反应。这种方法大大提高了过程的安全性，同时还提供了一种重新利用聚乙烯和聚醋酸乙烯等普通塑料的方法。这些研究成果已发表在《美国化学学会杂志》上。(上图）利用机械力引发自由基链式反应的一般方案。(下图）利用杂货袋碎片在球磨罐中引发反应。资料来源：Koji Kubota 等人，《美国化学学会杂志》。2023 年 12 月 22 日研究人员利用球磨机（一种在钢罐中快速摇动钢球以混合固体化学物质的机器）进行研究。当钢球撞击塑料时，机械力会打破化学键，形成自由基，自由基具有高活性的非键电子。这些自由基促进了自我维持的链式反应，从而促进了有机卤化物的脱卤反应，即用氢原子取代卤原子。"使用商品塑料作为化学试剂是有机合成的一个全新视角，"Koji Kubota 副教授说。"我相信，这种方法不仅能开发出安全、高效的基于自由基的反应，还能为利用废塑料这一严重的社会问题提供新的途径"。北海道大学化学反应设计与发现研究所（WPI-ICReDD）研究团队的 Koji Kubota 副教授（左）和 Hajime Ito 教授（右）。资料来源：WPI-ICReDD在球磨罐中加入普通杂货袋的塑料碎片并成功进行反应，证明了废塑料的再利用。研究小组还展示了他们的方法可用于处理工业中广泛使用的剧毒多卤化合物。他们利用聚乙烯引发自由基反应，从一种常用于阻燃剂的化合物中去除多个卤原子，从而降低了其毒性。研究人员预计，由于这种方法在成本和安全性方面的优势，它将赢得业界的关注。Hajime Ito 教授评论说："我们的新方法使用稳定、廉价和丰富的塑料材料作为自由基链式反应的引发剂，在促进开发具有工业吸引力、安全和高效的化学工艺方面具有巨大潜力。"这项研究得到了日本学术振兴会、日本科学技术振兴机构和日本文部科学省的资助。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：